ISSN-L: 2413-6786
Revista de Iniciación Científica, Vol. 9, No. 2, pp. 35 – 39, julio – diciembre 2023
Portal de revistas: http://revistas.utp.ac.pa
Evaluación del potencial de paneles fabricados a base de paja
canalera (Saccharum spontaneum), como material aislante térmico
para la mejora de la eficiencia energética de un recinto
Evaluation of the potential of panels made from canal straw (Saccharum spontaneum),
as a thermal insulating material to improve the energy efficiency of an enclosure
Kristel Cortez1, Malena Navarro1, Edgar Vásquez1, Roberto Cigarruista1, Nacarí Marín2*
1Universidad Tecnológica de Panamá, Centro Regional de Azuero, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Panamá
2Universidad Tecnológica de Panamá, Centro Regional de Azuero, Facultad de Ingeniería Mecánica, Panamá
Fecha de recepción: 8 de noviembre de 2022. Fecha de aceptación: 12 de abril de 2023.
*Autor de correspondencia: nacari.marin@utp.ac.pa
Resumen. Un camino a concretar los ideales de eficiencia energética es el uso de aislamientos térmicos. Cuando se selecciona un
aislamiento se deben tomar en cuenta varios factores: la disponibilidad, el costo de aplicación, impacto ambiental y energético. Los
aislamientos naturales juegan un papel fundamental en el futuro de las edificaciones sustentables. Cuando se habla de edificaciones
sustentables se refiere a construcciones, remodelaciones y reacondicionamiento de los edificios, usando prácticas y materiales que
no dañen al medio ambiente, con los cuales se obtengan beneficios como lo son: control de la temperatura, uso de materiales naturales
y energía propia. Este proyecto, se realizó con el objetivo de evaluar y analizar el desempeño de la paja canalera
(Saccharum spontaneum), mediante el estudio teórico, el diseño y fabricación de placas rígidas que contribuyan al mejoramiento de
las condiciones térmicas en los espacios interiores, utilizando un prototipo de caja caliente basada en la norma ASTM C177 y la ley
de Fourier de transferencia de calor.
Para los ensayos se fabricó una placa que contenía la mezcla de paja canalera triturada y goma blanca industrial. A fin de determinar
la conductividad térmica se procedió a la aplicación de calor de forma constante, para posteriormente determinar el gradiente de
temperatura. Los datos obtenidos permitieron conocer de forma relativa la conductividad térmica de la placa confeccionada.
Palabras clave. Calor, conductividad, eficiencia, manufactura, térmico.
Abstract. One way to achieve the ideals of energy efficiency is the use of thermal insulation. When selecting an insulation, several
factors must be considered: availability, cost of application, environmental and energy impact. Natural insulation plays a fundamental
role in the future of sustainable buildings. When talking about sustainable buildings, it refers to construction, remodeling and
reconditioning of buildings, using practices and materials that do not harm the environment, with which benefits are obtained such
as: temperature control, use of natural materials and energy own. This project was carried out with the objective of evaluating and
analyzing the performance of canal straw (Saccharum spontaneum), through theoretical study, design and manufacture of rigid plates
that contribute to the improvement of thermal conditions in interior spaces, using a hot box prototype based on the ASTM C177
standard and Fourier's law of heat transfer.
For the tests, a plate was made containing the mixture of crushed canal straw and industrial white rubber. In order to determine the
thermal conductivity, heat was applied constantly, to later determine the temperature gradient. The data obtained allowed to know in
a relative way the thermal conductivity of the made plate.
Keywords. Heat, conductivity, efficiency, manufacturing, thermal.
1. Introducción
La eficiencia energética consiste en un conjunto de
acciones utilizadas para la reducción o minimización en el uso
de energías convencionales con el fin de hacer uso racional de
las mismas, logrando un nivel determinado de ahorro
energético, calidad de vida y protección del medio ambiente.
Lo cual se logra a través de la implementación de hábitos de
consumo y un desarrollo sostenible.
Un camino a concretar los ideales de eficiencia energética
es el uso de aislamientos térmicos. Los aislamientos naturales
juegan un papel fundamental en el futuro de las edificaciones
sustentables. Cuando se habla de edificaciones sustentables se
refiere a construcciones, remodelaciones y
reacondicionamiento de los edificios, usando prácticas y
materiales que no dañen al medio ambiente con los cuales se
obtengan beneficios como lo son: control de la temperatura,
uso de materiales naturales y energía propia [1].
Los materiales herbáceos han sido utilizados desde tiempos
de nuestros aborígenes en el diseño y construcción de su hábitat
como un material natural. Con el pasar de los años estos
materiales se convirtieron en materia prima para productos
elaborados, los cuales han sido reemplazados con la
manufactura de ladrillos, cemento, hierro y vidrio; siendo estos
los materiales de construcción por excelencia. La búsqueda de
nuevos materiales ha sido abordada por la necesidad de
reutilizar y aprovechar materiales naturales [2].
La construcción y estudio de aislantes térmicos basados en
fibras naturales promete ser una línea de investigación
favorable permitiendo la mejora sustancial de la eficiencia
energética, el confort térmico con soluciones sustentables. Por
otro lado, el desarrollo de elementos constructivos basados en
materiales vegetales buscará mejorar la sustentabilidad de
soluciones en la industria, logrando de igual manera la
reducción notoria del coste de producción de estas [3].
El objetivo principal de este proyecto es evaluar y analizar el
desempeño de la biomasa de paja canalera
(Saccharum spontaneum), mediante el estudio teórico, el
diseño y fabricación de placas que contribuyan al
mejoramiento de las condiciones térmicas en los espacios
interiores de un recinto.
2. Materiales y Metodología
El material utilizado fue la paja canalera (S.spontaneum),
hierba perenne, que crece hasta tres metros de altura, con raíces
rizomatosas extendidas. Es considerada una planta altamente
invasora capaz de apoderarse de un área y cambiar todo su
ecosistema. Se caracteriza por dominar en espacios abiertos
ante otras especies nativas, durante la época de verano se seca
exponiendo a grandes incendios, posicionando a habitantes,
bienes, fauna y flora en gran riesgo [4].
2.1 Metodología de la fabricación de las placas de prueba
A continuación, se detalla el procedimiento de fabricación
de la placa de prueba.
Las muestras de la paja canalera se recolectaron en Chilibre
Centro, Chilibre (9°09´34.8´´N, 79°37´56.5´´O).
Fueron colocadas en un espacio seguro y libre de humedad.
Se realizó una mezcla homogénea de la paja canalera triturada
y goma blanca industrial (figura 1). Posteriormente, se vacío
hasta llenar el molde según el peso establecido en el diseño del
panel y finalmente se espera su secado.
Figura 1. Preparación de la mezcla de material triturado y goma
blanca industrial.
Se confeccionó una placa de prueba, la cual fue realizada
en un molde de madera cuyas
dimensiones
son 30 cm de ancho,
30 cm de largo y 1.5 cm de espesor (figura 2).
Figura 2. Placa de prueba.
2.2 Medición de conductividad térmica
La conducción es la transferencia de calor de las partículas
más energéticas de una sustancia hacia las menos energéticas
adyacentes, como resultado de la interacción entre ellas, y es
expresada por la ley de Fourier de la conducción del calor. Para
determinar la conductividad de cada molde, se utilizó la
ecuación de conducción de Fourier [5] ecuación 1.
󰇗  
 (1)
Donde el valor el K es la conductividad térmica del material,
que representa la capacidad que tiene un material para conducir
el calor el cual produce una variación de temperatura. Una
conductividad térmica alta indica que es buen conductor de
calor, mientras que, un valor bajo, significa que es mal
conductor de calor o es un aislante.
Para el estudio de la conductividad térmica se utilizó un
prototipo de caja caliente la cual está basada en la norma
ASTM C177, esta norma mide materiales aislantes y de alta
resistencia térmica. Para la aplicación de esta norma se
colocará una placa con superficie caliente y dos placas frías.
En la superficie caliente se produce un flujo de calor
unidimensional (en estado estacionario) a través de las
muestras, mientras que las dos placas frías son disipadores de
calor eliminando la energía que genera la unidad de calor. Estas
placas se aíslan para restringir las pérdidas de calor al exterior
y son ajustadas para que tengan la misma temperatura a la hora
de realizar la medición de conductividad térmica del material
de prueba [6].
2.3 Probador eléctrico CL800 de Klein Tools
Para las pruebas se usó un probador eléctrico CL800,
marca Klein Tools, el cual es un multímetro digital de
gancho de rango automático con media cuadrática real
(TRMS) que mide voltaje CA/CD, resistencia, continuidad,
frecuencia y capacitancia; prueba diodos con los cables de
prueba; y mide temperatura con una sonda de termopar
(Figura 3). Posee un rango de temperatura de
-14 °F a 1000 °F (-23 °C a 538 °C).
Figura 3. Sonda termopar colocada en el interior de la caja.
En la superficie caliente se tiene la zona de medida y su
protección correspondiente y se pueden poseer uno o más
calentadores. El objetivo principal del método es medir el
gradiente de temperatura que hay dentro de la muestra. La
temperatura superficial del método se mide con termopares
montados en las placas superficiales.
Una vez colocada la muestra, se procede a alimentar el
equipo y encender las fuentes de calor, la cual es, para este
caso, dos bombillos incandescentes de 100 W.
2.4 Cámara termográfica
Se utilizó una cámara de imagen térmica marca
Fluke Ti110, la cual posee un sistema de enfoque exclusivo
IR- OptiFlex™ que garantiza un enfoque correcto de las
imágenes a partir de una distancia de 1.2 metros. Esta
cámara también posee otras funciones como el SmartView
el cual permite ver imágenes en forma de retrato,
AutoBlend, que combina imágenes visuales e infrarrojas
para generar una sola imagen localizando los puntos de alta
temperatura [7].
3. Resultados
Se hicieron las mediciones de los parámetros eléctricos en el
salón donde se realizaron las pruebas. En la tabla 1, se
muestran los resultados obtenidos, que demuestran que la
potencia entregada real es 170 W, teniendo una corriente de
1.42 A y un voltaje de 120V.
Tabla 1. Datos de los parámetros eléctricos medidos
Parámetros eléctricos
Voltaje
120 V
Corriente
1.42 A
Potencia
170 W
Figura 4. Imagen termográfica para obtención de la temperatura
superficial externa.
Las lecturas de temperatura se mantuvieron 2 horas con
un intervalo de 1 minuto entre cada una. Al transcurso de
ese tiempo, la
temperatura
fue
incrementando
hasta que llegó a
una temperatura de 153.20 °C y se mantuvo contante por
un periodo de 10 minutos. En ese momento se pudo asumir que
la caja caliente había llegado a un estado térmico estacionario
en su interior.
En la figura 5 se observa la parte externa de la caja caliente, las
tonalidades de rojo demuestran fugas de calor a través de las
paredes de la caja.
Figura 5. Imagen termográfica de la parte externa de la caja caliente.
El paso siguiente consistió en despejar de la ecuación
K:
󰇛󰇜󰇗 (2)
En la tabla 2, se muestran los datos obtenidos para la
mezcla de paja canalera y goma blanca industrial.
Tabla 2. Datos de las variables para obtener la conductividad
térmica
Resultados
170.00 W
0.015 m
0.09
153.20 
37.0 
El valor de la conductividad térmica resultante es
0.2438 W/m °C.
El valor de conductividad térmica obtenido no se encuentra
dentro del rango que indica cuando un material es buen
aislante térmico. Se considera aislante térmico a aquellos
materiales que poseen un valor de conductividad térmica
menos a 0.080 W/m °C.
4. Discusión
Se puede mencionar que para la fabricación de la placa
se utilizó un método artesanal, por lo cual no se obtuvo una
mezcla totalmente homogénea, esto produjo fugas de calor
en algunas partes de la placa como se puede observar en la
figura 4.
Con una mejor trituración se puede conseguir una
geometría uniforme que permite aumentar la precisión en
los resultados.
Además, se deben optimizar aspectos como: el secado
de los paneles, la manera de inhibir la aparición de hongos
y formas más sencillas de obtener los paneles aislantes.
En base a los datos de la cámara termográfica se determinó
el gradiente de temperatura y se calculó la conductividad
térmica relativa.
Tomando en cuenta [8], la conductividad térmica resultante
no se encuentra dentro del rango admitido para considerar
un material aislante. Esto puede deberse al deterioro del
prototipo de la caja caliente utilizada para las pruebas, ya
que esta ha sido empleada en anteriores investigaciones.
5. Conclusiones
En base a los resultados obtenidos mediante la ecuación
conducción de Fourier, se puede concluir que en términos
relativos la paja canalera no se considera un aislante.
También se debe tomar en cuenta que los valores
calculados contienen errores intrínsecos debido a las
idealizaciones que se tomaron al modelar el experimento.
Si bien es cierto que la metodología utilizada permitió
obtener resultados que brindaron información valiosa sobre
el comportamiento térmico, esta debe ser mejorada para la
obtención de datos más concluyentes.
Como trabajo futuro se propone mejorar el prototipo de
caja caliente y la manufactura de la placa de prueba.
También se propone realizar el estudio en un módulo de
conducción de calor lineal, para obtener datos más precisos.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al licenciado Ediquio González, por
proporcionar la sonda termopar utilizada para la medición.
CONFLICTO DE INTERESES
Los autores declaran no tener conflicto de intereses.
REFERENCIAS
[1] A. E. Rodríguez Sánchez y E. Jiménez Guerrero, “Edificaciones
sustentables”. 2021.
[2] J. L. Dávila, S. Galeas, V. H. Guerrero, P. Pontón, N. M. Rosas,
V. Sotomayor y C. Valdivieso, “Nuevos materiales: aplicaciones
estructurales e industriales”. Quito, Ecuador, 2011.
[3] L. Velasco Roldan, L. Goyos Pérez, L. Freire Amores y A. Ibarra,
“Potencial de aprovechamiento de la biomasa vegetal como
aislamiento en climas extremos del Ecuador”. 2015.
Disponible:http://scielo.senescyt.gob.ec/scielo.php?script=sci_ar
ttext&pid= S1390-65422015000400023.
[4] A. Cerezo, “Antecedentes del origen y objetivo de la introducción
de la maleza paja blanca (Saccharum spontaneum L.) a Panamá”.
2010. [En línea]. Disponible:
http://www.cich.org/publicaciones/01/paja- blanca-201003.pdf.
[Último acceso: 1 de noviembre de 2022]
[5] Y. A. Cengel y A. J. Ghajar, Transferencia de calor y masa, Cuarta
ed., Mc Graw Hill. 2011.
[6] EUROLAB. “ASTM C177: Método de prueba estándar para
mediciones deflujo de calor en estado estacionario y propiedades
de transmisión térmica por medio del aparato de placa caliente
protegida”. 2020. [En línea]. Disponible:
https://civilnode.com/download-
standard/10683818551575/astm-c177-standard-test-method-for-
steady-state-heat-flux-measurements-and-thermal-transmission-
properties-by [Último acceso: 2022]
[7] R. Carvajal, J. Robles, J. Solís, J. Vargas, y N. Marín, Sistema de
análisis energético y de temperatura de las ventanas de un aula de
clase con y sin aislamiento térmico, Rev-RIC, vol. 4, n.º 2, pp. 26-
30, 2019.
[8] N. Marín, R. Carvajal, A. Chung, A. Pérez, y J. Solís.
“Fabricación y caracterización de conductividad térmica de
materiales aislantes a base de fibras naturales” Rev-RIC, vol. 7, n.º
1, pp. 67-70. 2021.